目前,锂硫电池(LSB)被认为是下一代储能技术的有希望的候选者。然而,其实际应用受到多硫化物穿梭效应的严重阻碍。基于MOF的电解质研究发现,UIO-66的独特结构可以抑制多硫化物物种的穿梭效应。同时,有报道称已经设计了一种基于UIO-66和PVDF混合基质的纳米多孔隔膜。另一方面,仅在使用SSE时,就活性物质利用率,速率能力和总循环寿命而言,其无法在Li-S电池中实现良好的电化学性能。硫的电子和离子电导率差通常会导致较差的整体硫正极的利用效率,尤其是在使用较少量的液体电解质时。在稀电解质条件下,使用Li2S6正极电解液可以促进硫活性材料向正极基质(碳主体)的分散。因此,尽管存在穿梭的严重缺陷,但使用溶解的多硫化物作为硫源正极可以辅助提高硫的实际利用率。基于上述方面,通过结合SSE和多硫化物正极电解液的优点,提出了一种混合电解质LSB。
有鉴于此,德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram报道了一种基于MOF的SSE和Li2S6正极电解质的Li-S电池。。
文章要点
1)研究人员基于UIO结构同时接枝了硫酸锂(-SO3Li)基团(UIOSLi)以构建MOF SSE。
2)UIOSLi SSE在Li-S电池的运行中具有重要作用。首先可用作绝缘隔膜,以防止负极和正极之间的电接触。其次,为Li+的运输提供了一个离子途径,以维持两个电极上的电化学反应。最后,可用作防止多硫化物穿梭的LPS屏障。
3)在室温下,UIO中的接枝SO3Li官能团可将SSE的电导率提高至3.3×10-4 S cm-1。同时,具有UIOSLi SSE和Li2S6正极电解质的混合电解质LSBs显示出优异的倍率性能,高库仑效率和长循环性。
Poramane Chiochan, et al, A Metal Organic Framework Derived Solid Electrolyte for Lithium–Sulfur Batteries, Adv. Energy Mater. 2020
DOI: 10.1002/aenm.202001285
https://doi.org/10.1002/aenm.202001285